转基因植物的研究与应用

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1、植物转基因技术及其应用摘要:综合介绍了植物转基因的主要技术与其在各个领域的主要应用；对转基因植物的安全性进行了一些讨论，并对植物转基因技术的发展前景进行了展望。自1983年第一株转基因植物问世以来,转基因植物的研究和应用在世界各国蓬勃开展。所谓转基因植物就是植物细胞或组织经遗传转化后,进行组织培养长出愈伤组织，再经诱导所分化出来的完整植株。转基因可以使优良的生物基因在不同种生物之间进行交流，从而弥补单一生物种类中的遗传资源不足,丰富种质库。转基因植物的研究在目前的生物技术领域中最为活跃，具有十分广泛的应用前景。1.

2、植物转基因技术1.1土壤农杆菌介导转牝技术革兰氏阴性菌根瘤农杆菌是一种植物病原菌，通常只能感染双子叶植物的受伤部位。农杆菌携带一种称为Ti的质粒，该质粒含有一段NDA，称T-DNA(transfer-DNA)，它能转移并整合到植物组织中，并导致冠瘻瘤的形成。不含有Ti质粒的土壤农杆菌不能诱导冠瘻瘤产生。利用Ti质粒对植物进行遗传转化的最基本方法是将目的DNA片段插入T-DNA区，然后通过土壤农杆菌和Ti质粒将其送入受体植物并整合到植物细胞的基因组内，使之得到遗传转化。土壤农杆菌介导的基因转移是目前最常用的获得转基因

3、植物的方法。由于近几年2来在载体系统和转化方法上的不断完善，土壤农杆菌介导的基因转移不仅局限于其天然寄主双子叶植物范围内，在转化水稻、玉米和小麦等单子叶植物上也取得了重大的突破。例如,Ishida等1996年在玉米上获得了5%〜30%的转化率,Hiei等1994年在水稻上获得了29%的转化率。就目前的情况看，土壤农杆菌介导的基因转化关键在于找到合适的组织培养和再生技术。1.2基因枪技术由于土壤农杆菌转化技术在单子叶植物上的局限性，目前，多数研究者倾向于使用基因枪技术对单子叶植物进行转化。基因枪技术1987年由San

4、ford等人发明，是目前最有前途的植物DNA转移系统之一。其方法是先用CaCI2.亚精胺或聚乙烯醇沉淀DNA，然后用DNA包裹直径约1〜4um球状金粉或铮粉颗粒，再利用基因枪装置以火药爆炸力或压。此外，借助于PEG、利用碳化纤维、电泳、浸泡、花粉管通道以及超声波等方法也有成功转化植物的报道。2植物转基因技术的应用目前，转基因植物主要是在提高植物抗性、改善植物品质以及利用植物作为生物反应器等方面进行了大量的研究，并已取得了令人瞩目的成就。2.1提高植物的抗性农业病虫害、杂草等对粮食生产的影响是巨大的，而转基因植物品种

5、的最大优点之一就是在不增加农药使用量的前提下确保或提髙粮食产量。2.1.1培育转基因抗病植物品种抗病性育种是转基因技术应用的重要目标之一。目前，人们使用最广泛的方法是利用弱病毒的外壳蛋白基因或其它基因转化植物，从而获得对强毒株病毒的抗性。1986年，Beachy等率先将TMV外壳蛋白基因置于35S启动子的控制之下转入烟草，获得了转TMV外壳蛋白基因的植株。大田实验结果表明，在接种了TMV之后，转基因植物只有约5%的植株得病，几乎不减产；而对照组植株的发病率为99%，减产约26%〜35%。另有研究表明，玉米矮花叶病毒

6、(MDMV)B株系外壳蛋白在转基因植株中表达出对MDMV的抗性。我国在转基因抗病性育种方面也取得了可喜的进展。据1996年统计，当时正在开发的抗病毒基因有33种，抗细菌病害的基因有8种，抗真菌病害的有7种。有的已经开始进行环境释放试验或大田试验。1998年农业部批准了北京大学研制的转基因抗黄瓜花叶病毒甜椒“双丰R”和转基因抗黄瓜花叶病毒番茄“8805R”的商品化生产。2.1.2培育转基因抗虫植物品种全世界每年因虫害所造成的损失达数千亿美元，而每年所使用的化学杀虫剂的总金额在200亿美元以上。更不幸的是，使用化学杀虫

7、方法所造成的生态污染将使人类付出难以用金钱衡量的代价。1981年，Schnepf等人首次成功地克隆了第一个编码Bt杀虫晶体蛋白基因，揭开了转基因抗虫育种的序幕。迄今已经分离出4万多个Bt菌株,68个亚种，对45个杀虫晶体蛋白序列进行了分离测定。经过优化的Bt基因已成功地导入烟草、玉米和棉花等多种植物中，获得了一大批转基因抗虫品种和种质资源。Bt基因已成为植物基因工程及转基因育种最具有应用前景的抗虫基因。目前，已经批准或即将批准的转Bt基因作物在21种以上。在美国，转Bt基因作物的种植面积已超过20万hm2o在我国，

8、只有转Bt基因的抗虫棉得到了商品化生产。由浙江大学与加拿大渥太华大学合作硏究的转cryIA(b)Bt基因水稻有希望成为国际上第一个商品化的转基因水稻品种。2.1.3培育转基因抗除草剂植物品种尽管每年全世界生产除草剂的费用高达100亿美元以上，但杂草的危害仍然使全球的粮食产量减少10%。而且大多数除草剂都无法完全识别作物与杂草。培育抗除草剂的转基因植物将会弥补